航空大型薄壁零件在線測厚系統(tǒng)及其測厚方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種航空大型薄壁零件在線測厚系統(tǒng)及其測厚方法，該線測厚系統(tǒng)包括定位傳感器等，定位傳感器、超聲波傳感器、超聲波測厚數(shù)據(jù)處理器、刀柄構(gòu)成超聲波測厚探頭，數(shù)控系統(tǒng)與五軸數(shù)控機床連接，刀柄固定于數(shù)控系統(tǒng)的一個主軸上，定位傳感器通過第一數(shù)據(jù)端口與數(shù)控系統(tǒng)連接，超聲波測厚數(shù)據(jù)處理器通過第二數(shù)據(jù)端口與數(shù)控系統(tǒng)連接，定位傳感器用于超聲波測厚探頭定位并向數(shù)控系統(tǒng)輸出控制信號，超聲波傳感器用于發(fā)送并接受超聲波信號；超聲波測厚數(shù)據(jù)處理器用于控制超聲波傳感器、控制厚度測量過程以及進行厚度數(shù)據(jù)處理；刀柄用于固定定位傳感器和超聲波傳感器。本發(fā)明自動進行測量，提高精確度，且節(jié)約人力成本。
【專利說明】航空大型薄壁零件在線測厚系統(tǒng)及其測厚方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種測厚系統(tǒng)及其測厚方法，特別是涉及一種航空大型薄壁零件在線測厚系統(tǒng)及其測厚方法。

【背景技術(shù)】
[0002]在航空大型薄壁零件加過程中，由于刀具的磨損，工件的偏轉(zhuǎn)，工件讓刀等多種原因，常常會出現(xiàn)過切或欠切，從而出現(xiàn)廢品。目前測量航空大型薄壁零件的方法通常采用手持式測厚儀，測量位置具有極強的不確定性，對后續(xù)加工沒有指導(dǎo)作用，手動測量一定程度上浪費了人力。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種航空大型薄壁零件在線測厚系統(tǒng)及其測厚方法，其自動進行測量，提高精確度，且節(jié)約人力成本。
[0004]本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案來解決上述技術(shù)問題的:一種航空大型薄壁零件在線測厚系統(tǒng)，其特征在于，其包括定位傳感器、超聲波傳感器、超聲波測厚數(shù)據(jù)處理器、刀柄、數(shù)控系統(tǒng)、五軸數(shù)控機床，定位傳感器、超聲波傳感器、超聲波測厚數(shù)據(jù)處理器、刀柄構(gòu)成超聲波測厚探頭，數(shù)控系統(tǒng)與五軸數(shù)控機床連接，刀柄固定于數(shù)控系統(tǒng)的一個主軸上，定位傳感器通過第一數(shù)據(jù)端口與數(shù)控系統(tǒng)連接，超聲波測厚數(shù)據(jù)處理器通過第二數(shù)據(jù)端口與數(shù)控系統(tǒng)連接，定位傳感器用于超聲波測厚探頭定位并向數(shù)控系統(tǒng)輸出控制信號，超聲波傳感器用于發(fā)送并接受超聲波信號；超聲波測厚數(shù)據(jù)處理器用于控制超聲波傳感器、控制厚度測量過程以及進行厚度數(shù)據(jù)處理；刀柄用于固定定位傳感器和超聲波傳感器。
[0005]優(yōu)選地，所述數(shù)控系統(tǒng)包括測量路徑規(guī)劃器、測量路徑仿真器、模型重構(gòu)器、模型誤差比較器、模型誤差補償器，測量路徑規(guī)劃器與測量路徑仿真器連接，測量路徑仿真器與模型重構(gòu)器連接，模型重構(gòu)器與模型誤差比較器連接，模型誤差比較器與模型誤差補償器連接。
[0006]本發(fā)明還提供一種航空大型薄壁零件在線測厚系統(tǒng)的測厚方法，其特征在于，該測厚方法采用上述的航空大型薄壁零件在線測厚系統(tǒng)，該測厚方法包括以下步驟:
步驟Si，根據(jù)五軸數(shù)控機床加工完成的航空大型薄壁零件，進行在線厚度測量；
步驟S2，根據(jù)在線厚度測量所得到的測量結(jié)果，計算實際加工得到的工件與理論模型的加工誤差；
步驟S3，根據(jù)所得到的加工誤差，生成對應(yīng)的補償加工刀路，對大型薄壁零件進行變形量補償加工。
[0007]優(yōu)選地，所述步驟SI包括以下具體步驟:
Sll,由工藝人員根據(jù)實際情況選取需要精度檢測的測量位置，即測量面；
S12，由步驟Sll選取的測量面，根據(jù)理論模型通過測量路徑規(guī)劃器進行測量路徑規(guī)劃； S13，利用測量路徑仿真器進行測量仿真，若仿真過程中超聲波測厚探頭與工件或五軸數(shù)控機床發(fā)生干涉，則需要重新規(guī)劃測量路徑并仿真，直到超聲波測厚探頭與工件或五軸數(shù)控機床無干涉；
S14，步驟S13無誤后，在五軸數(shù)控機床上直接對加工完成的航空大型薄壁零件進行在線厚度測量，測量完畢，工藝人員從數(shù)控系統(tǒng)中導(dǎo)出位置文件，超聲波測厚數(shù)據(jù)處理器導(dǎo)出厚度文件。
[0008]優(yōu)選地,所述步驟S14包括以下具體步驟:
S141，超聲波測厚探頭快速移動到測量等待點，測量等待點一般為測量點上方5mnTl0mm ；
S142，超聲波測厚探頭慢速移動到測量點，即超聲波測厚探頭慢速移動到測量點位置；
S143，超聲波測厚探頭接觸到工件，定位傳感器通過第一數(shù)據(jù)端口向五軸數(shù)控機床發(fā)送控制信號；
S144，五軸數(shù)控機床接受到步驟S143發(fā)送的控制信號，五軸數(shù)控機床停止運動，并保存當前五軸數(shù)控機床坐標位置到數(shù)控系統(tǒng)的內(nèi)存中，同時通過第二數(shù)據(jù)端口發(fā)送數(shù)控指令；
S145，超聲波測厚數(shù)據(jù)處理器接受到由步驟S144發(fā)送的數(shù)控指令，開始控制超聲波傳感器測量工件厚度。
[0009]優(yōu)選地,所述步驟S2包括如下具體步驟:
S21，工藝人員將位置文件與厚度文件導(dǎo)入模型重構(gòu)器中，利用模型重構(gòu)器得到的數(shù)據(jù)點進行模型重構(gòu)得到實際加工模型；
S22，利用模型誤差比較器對步驟S21生成的實際加工模型與理論模型比較，得到加工誤差。
[0010]優(yōu)選地，所述步驟S3利用模型誤差補償器對加工代碼進行修改和補償。
[0011]本發(fā)明的積極進步效果在于:本發(fā)明自動進行測量，提高精確度，且節(jié)約人力成本。本發(fā)明還能夠?qū)σ虻毒叩哪p、讓刀等多種原因引起的過切或欠切經(jīng)行自動補償，并且能提高大型薄壁零件的質(zhì)量、加工效率，并能提高加工產(chǎn)品合格率。
[0012]

【專利附圖】

【附圖說明】
圖1為本發(fā)明航空大型薄壁零件在線測厚系統(tǒng)的原理框圖。
[0013]圖2為本發(fā)明中數(shù)控系統(tǒng)的原理框圖。
[0014]

【具體實施方式】
下面結(jié)合附圖給出本發(fā)明較佳實施例，以詳細說明本發(fā)明的技術(shù)方案。
[0015]超聲波是一種機械縱波，是由于機械振動在彈性介質(zhì)中產(chǎn)生的波動。超聲波在同一均勻介質(zhì)中傳播時，其波速為一常數(shù)。超聲波從一種介質(zhì)傳播到另一種介質(zhì)時，在兩介質(zhì)的分界面上會產(chǎn)生反射。所以超聲波脈沖自被測材料表面發(fā)出到接收底面反射脈沖的間隔時間正比于材料厚度，將這個時間轉(zhuǎn)化為厚度值表示，即為被測材料厚度。
[0016]如圖1所示，本發(fā)明航空大型薄壁零件在線測厚系統(tǒng)包括定位傳感器、超聲波傳感器、超聲波測厚數(shù)據(jù)處理器、刀柄、數(shù)控系統(tǒng)、五軸數(shù)控機床，定位傳感器、超聲波傳感器、超聲波測厚數(shù)據(jù)處理器、刀柄構(gòu)成超聲波測厚探頭，數(shù)控系統(tǒng)與五軸數(shù)控機床連接，刀柄固定于數(shù)控系統(tǒng)的一個主軸上，定位傳感器通過第一數(shù)據(jù)端口與數(shù)控系統(tǒng)連接，超聲波測厚數(shù)據(jù)處理器通過第二數(shù)據(jù)端口與數(shù)控系統(tǒng)連接，定位傳感器用于超聲波測厚探頭定位并向數(shù)控系統(tǒng)輸出控制信號，超聲波傳感器用于發(fā)送并接受超聲波信號；超聲波測厚數(shù)據(jù)處理器的主要功能是接收數(shù)控系統(tǒng)輸出的控制信號、控制超聲波傳感器、控制厚度測量過程以及進行厚度數(shù)據(jù)處理；刀柄的主要功能是用于固定定位傳感器和超聲波傳感器，因為刀柄固定于數(shù)控系統(tǒng)的一個主軸上，這樣就將超聲波測厚探頭固定于數(shù)控系統(tǒng)的主軸上，數(shù)控系統(tǒng)可通過控制五軸數(shù)控機床的運動實現(xiàn)對超聲波測厚探頭的運動控制。如圖2所示，數(shù)控系統(tǒng)包括測量路徑規(guī)劃器、測量路徑仿真器、模型重構(gòu)器、模型誤差比較器、模型誤差補償器，測量路徑規(guī)劃器與測量路徑仿真器連接，測量路徑仿真器與模型重構(gòu)器連接，模型重構(gòu)器與模型誤差比較器連接，模型誤差比較器與模型誤差補償器連接。
[0017]本發(fā)明航空大型薄壁零件在線測厚系統(tǒng)的測厚方法包括以下步驟:
步驟Si，根據(jù)五軸數(shù)控機床加工完成的航空大型薄壁零件，進行在線厚度測量；該步驟SI主要包括以下幾個小步驟:
S11，航空大型薄壁零件受其結(jié)構(gòu)的影響，不可能做到加工表面均進行測量，根據(jù)航空大型薄壁零件的精度要求，由工藝人員根據(jù)實際情況選取需要精度檢測的測量位置，即測量面。
[0018]S12，由步驟Sll選取的測量面，根據(jù)理論模型通過測量路徑規(guī)劃器進行測量路徑規(guī)劃。S12步驟包括如下兩個詳細的步驟:
S121，測量點選擇。由于檢測過程為點接觸測量，因此需要在測量面上選取合適的點作為測量點，測量點是根據(jù)測量探頭的規(guī)定、被測工件的結(jié)構(gòu)與被測面的特點綜合選定的。
[0019]S122，根據(jù)S121步驟生成的測量點、被測工件的結(jié)構(gòu)以及超聲波測厚探頭測量特點，規(guī)劃測量路徑。
[0020]S123，對由S122步驟生成的測量路徑進行干涉檢查，防止撞壞工件或超聲波測厚探頭。
[0021]S13，利用測量路徑仿真器進行測量仿真。若仿真過程中超聲波測厚探頭與工件或五軸數(shù)控機床發(fā)生干涉，則需要重新規(guī)劃測量路徑并仿真，直到超聲波測厚探頭與工件或五軸數(shù)控機床無干涉。
[0022]S14，步驟S13無誤后，在五軸數(shù)控機床上直接對加工完成的航空大型薄壁零件進行在線厚度測量。測量完畢，工藝人員從數(shù)控系統(tǒng)中導(dǎo)出位置文件，超聲波測厚數(shù)據(jù)處理器導(dǎo)出厚度文件。
[0023]步驟S14每次測量的詳細步驟如下:
S141，超聲波測厚探頭快速移動到測量等待點，測量等待點一般為測量點上方
；
S142，超聲波測厚探頭由測量等待點慢速移動到測量點，即超聲波測厚探頭慢速移動到測量點；
S143，超聲波測厚探頭接觸到工件，定位傳感器通過第一數(shù)據(jù)端口向五軸數(shù)控機床發(fā)送控制信號；
S144，五軸數(shù)控機床接受到步驟S143發(fā)送的控制信號，五軸數(shù)控機床停止運動，并保存當前五軸數(shù)控機床坐標位置到數(shù)控系統(tǒng)的內(nèi)存中，同時通過第二數(shù)據(jù)端口發(fā)送數(shù)控指令。
[0024]S145，超聲波測厚數(shù)據(jù)處理器接受到由步驟S144發(fā)送的數(shù)控指令，開始控制超聲波傳感器測量工件厚度，其具體步驟如下；
S1451，超聲波測厚數(shù)據(jù)處理器控制超聲波傳感器發(fā)送超聲波，超聲波測厚數(shù)據(jù)處理器計時器開始計時；
S1452，超聲波傳感器接收到反饋信號，將信號發(fā)送給超聲波測厚數(shù)據(jù)處理器，計時器停止，得到時間長度t秒；得到時間長度t秒后，根據(jù)公式(I)計算得到被測點工件的厚度:D=A*t/2 (I)
其中λ為超聲波在被測介質(zhì)中的傳播速度，D為被測點工件的厚度，t為超聲波在工件中傳遞的時間。
[0025]S1453，保存厚度數(shù)據(jù)保存到厚度文件中。
[0026]步驟S2，根據(jù)在線厚度測量所得到的測量結(jié)果，計算實際加工得到的工件與理論模型的加工誤差。步驟S2包括如下具體步驟:
S21，工藝人員將位置文件與厚度文件導(dǎo)入模型重構(gòu)器中，利用模型重構(gòu)器得到的數(shù)據(jù)點進行模型重構(gòu)得到實際加工面的厚度分布情況且得到實際加工模型。
[0027]S22，利用模型誤差量比較器對步驟S21生成的實際加工模型與理論模型比較，得到加工誤差。
[0028]步驟S3，根據(jù)所得到的加工誤差，生成對應(yīng)的補償加工刀路，對大型薄壁零件進行變形量補償加工，具體可以利用模型誤差補償器對加工代碼進行修改和補償。本發(fā)明自動進行測量，相對于目前采用的手動測量而言，具有節(jié)約人力成本，提高精確度，節(jié)約測量時間的優(yōu)點。本發(fā)明測量過程由數(shù)控中心執(zhí)行，只需要機床操作人員，而不需要測量人員節(jié)約了人力成本。本發(fā)明測量的定位精度依賴于數(shù)控機床的定位精度(約為0.003mm)，能夠準確測量出各測量點的厚度分布情況，提高了測量精確度。測量過程在數(shù)控機床上進行，節(jié)省了手動測量移動工件的時間，節(jié)約了測量時間。本發(fā)明還能夠?qū)σ虻毒叩哪p、讓刀等多種原因引起的過切或欠切經(jīng)行自動補償，并且能提高大型薄壁零件的質(zhì)量，并能提高加工產(chǎn)品合格率。大型薄壁零件的過切或欠切主要體現(xiàn)在壁厚相對于理論厚度(理論厚度=模型厚度+加工余量)偏大或偏小，經(jīng)過誤差量補償器后加工代碼進行修改使得實際加工厚度與模型厚度相等，從而提聞大型薄壁零件的質(zhì)量，并能提聞加工廣品合格率。
[0029]本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明進行各種改型和改變。因此，本發(fā)明覆蓋了落入所附的權(quán)利要求書及其等同物的范圍內(nèi)的各種改型和改變。
【權(quán)利要求】
1.一種航空大型薄壁零件在線測厚系統(tǒng)，其特征在于，其包括定位傳感器、超聲波傳感器、超聲波測厚數(shù)據(jù)處理器、刀柄、數(shù)控系統(tǒng)、五軸數(shù)控機床，定位傳感器、超聲波傳感器、超聲波測厚數(shù)據(jù)處理器、刀柄構(gòu)成超聲波測厚探頭，數(shù)控系統(tǒng)與五軸數(shù)控機床連接，刀柄固定于數(shù)控系統(tǒng)的一個主軸上，定位傳感器通過第一數(shù)據(jù)端口與數(shù)控系統(tǒng)連接，超聲波測厚數(shù)據(jù)處理器通過第二數(shù)據(jù)端口與數(shù)控系統(tǒng)連接，定位傳感器用于超聲波測厚探頭定位并向數(shù)控系統(tǒng)輸出控制信號，超聲波傳感器用于發(fā)送并接受超聲波信號；超聲波測厚數(shù)據(jù)處理器用于控制超聲波傳感器、控制厚度測量過程以及進行厚度數(shù)據(jù)處理；刀柄用于固定定位傳感器和超聲波傳感器。
2.如權(quán)利要求1所述的航空大型薄壁零件在線測厚系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)控系統(tǒng)包括測量路徑規(guī)劃器、測量路徑仿真器、模型重構(gòu)器、模型誤差比較器、模型誤差補償器，測量路徑規(guī)劃器與測量路徑仿真器連接，測量路徑仿真器與模型重構(gòu)器連接，模型重構(gòu)器與模型誤差比較器連接，模型誤差比較器與模型誤差補償器連接。
3.一種航空大型薄壁零件在線測厚系統(tǒng)的測厚方法，其特征在于，該測厚方法采用權(quán)利要求2所述的航空大型薄壁零件在線測厚系統(tǒng)，該測厚方法包括以下步驟: 步驟SI，根據(jù)五軸數(shù)控機床加工完成的航空大型薄壁零件，進行在線厚度測量； 步驟S2，根據(jù)在線厚度測量所得到的測量結(jié)果，計算實際加工得到的工件與理論模型的加工誤差； 步驟S3，根據(jù)所得到的加工誤差，生成對應(yīng)的補償加工刀路，對大型薄壁零件進行變形量補償加工。
4.如權(quán)利要求3所述的航空大型薄壁零件在線測厚系統(tǒng)，其特征在于，所述步驟SI包括以下具體步驟: Sll,由工藝人員根據(jù)實際情況選取需要精度檢測的測量位置，即測量面； S12，由步驟Sll選取的測量面，根據(jù)理論模型通過測量路徑規(guī)劃器進行測量路徑規(guī)劃； S13，利用測量路徑仿真器進行測量仿真，若仿真過程中超聲波測厚探頭與工件或五軸數(shù)控機床發(fā)生干涉，則需要重新規(guī)劃測量路徑并仿真，直到超聲波測厚探頭與工件或五軸數(shù)控機床無干涉； S14，步驟S13無誤后，在五軸數(shù)控機床上直接對加工完成的航空大型薄壁零件進行在線厚度測量，測量完畢，工藝人員從數(shù)控系統(tǒng)中導(dǎo)出位置文件，超聲波測厚數(shù)據(jù)處理器導(dǎo)出厚度文件。
5.如權(quán)利要求4所述的航空大型薄壁零件在線測厚系統(tǒng)，其特征在于，所述步驟S14包括以下具體步驟: S141，超聲波測厚探頭快速移動到測量等待點，測量等待點一般為測量點上方 S142，超聲波測厚探頭慢速移動到測量點，即超聲波測厚探頭慢速移動到測量點位置； S143，超聲波測厚探頭接觸到工件，定位傳感器通過第一數(shù)據(jù)端口向五軸數(shù)控機床發(fā)送控制信號； S144，五軸數(shù)控機床接受到步驟S143發(fā)送的控制信號，五軸數(shù)控機床停止運動，并保存當前五軸數(shù)控機床坐標位置到數(shù)控系統(tǒng)的內(nèi)存中，同時通過第二數(shù)據(jù)端口發(fā)送數(shù)控指令； S145，超聲波測厚數(shù)據(jù)處理器接受到由步驟S144發(fā)送的數(shù)控指令，開始控制超聲波傳感器測量工件厚度。
6.如權(quán)利要求3所述的航空大型薄壁零件在線測厚系統(tǒng)，其特征在于，所述步驟S2包括如下具體步驟: S21，工藝人員將位置文件與厚度文件導(dǎo)入模型重構(gòu)器中，利用模型重構(gòu)器得到的數(shù)據(jù)點進行模型重構(gòu)得到實際加工模型； S22，利用模型誤差比較器對步驟S21生成的實際加工模型與理論模型比較，得到加工誤差。
7.如權(quán)利要求3所述的航空大型薄壁零件在線測厚系統(tǒng)，其特征在于，所述步驟S3利用模型誤差補償器對加工代碼進行修改和補償。
【文檔編號】B23Q17/20GK104139323SQ201310437637
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2013年9月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月24日
【發(fā)明者】畢慶貞 申請人:上海拓璞數(shù)控科技有限公司, 上海拓璞軟件技術(shù)有限公司